DE102020200355A1 - Verfahren zum Betreiben einer pneumatischen Membranpumpe zum Antreiben eines fließfähigen Mediums - Google Patents

Verfahren zum Betreiben einer pneumatischen Membranpumpe zum Antreiben eines fließfähigen Mediums Download PDF

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Betreiben einer pneumatischen Membranpumpe (10) zum Antreiben eines fließfähigen Mediums umfasst die Membranpumpe eine Pumpkammer (13) mit einer auslenkbaren Membran (14), einen Antriebsstrang zur schaltbaren Beaufschlagung der Membran (14) mit Druckluft (21) und Vakuum (31) sowie einen Drucksensor (50) im Antriebsstrang. Anhand von detektierbaren Druckänderungen im Antriebsstrang der Membranpumpe (10) wird eine an die Fließeigenschaften des fließfähigen Mediums angepasste Ansteuerung der Membranpumpe (10) eingestellt und/oder es werden Rückschlüsse auf die Fließeigenschaften des fließfähigen Mediums gezogen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer pneumatischen Membranpumpe zum Antreiben eines fließfähigen Mediums sowie eine pneumatische Membranpumpe.
  • Stand der Technik
  • In vielen Bereichen der Technik werden Membranpumpen eingesetzt, um ein fließfähiges Medium zu bewegen. Das zu bewegende Medium selbst kann flüssig oder gasförmig sein. Allen Membranpumpen ist gemeinsam, dass das zu fördernde Medium durch eine Membran vom Antrieb der Membranpumpe getrennt ist. Durch eine Bewegung der Membran wird der Transport des Mediums bewirkt. Durch die Auslenkung der Membran wird das Volumen einer Pumpkammer vergrößert oder verkleinert, wodurch der Transport angetrieben wird. Für die Auslenkung der Membran sind verschiedene Möglichkeiten bekannt, beispielsweise ein hydraulischer oder ein mechanischer Antrieb. Weiterhin werden pneumatische Membranpumpen eingesetzt.
  • Wie auch bei anderen Pumpen spielt die Viskosität des zu transportierenden Mediums für den Pumpvorgang eine Rolle. Da beispielsweise höher-viskose Medien eine längere Zeit benötigen, um eine Pumpkammer komplett zu verlassen, ist die Förderleistung einer Membranpumpe, die durch die Frequenz der Membranauslenkungen bestimmt wird, durch die Viskosität des zu transportierenden Mediums begrenzt. Insgesamt steht die Netto-Pumpleistung mit der Viskosität des zu transportierenden Mediums in Zusammenhang.
  • Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2008 033 151 A1 befasst sich mit einer Membranpumpe, deren Membran mittels eines beispielsweise piezoelektrischen Antriebselements angetrieben wird. Wenn der piezoelektrische Aktor mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt wird, führt dies zu einer Ausdehnung oder einer Kontraktion des piezoelektrischen Materials und dadurch zu einer Auslenkung der Membran. Je nach konvexer- oder konkaver Wölbung der Membran führt dies zu einer Vergrößerung oder Verkleinerung des Volumens in der Pumpkammer, wodurch das Medium entsprechend bewegt wird. Mithilfe der auf die Membran dabei einwirkenden Kräfte, die als Gegenspannung erfassbar sind, kann beispielsweise erkannt werden, ob Gaseinschlüsse vorliegen, die die Kompressibilität des Mediums beeinflussen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vorteile der Erfindung
  • Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Betreiben einer pneumatischen Membranpumpe zum Antreiben eines fließfähigen Mediums bereit. Eine derartige Membranpumpe umfasst eine Pumpkammer, einen Antriebsstrang zur schaltbaren Beaufschlagung der Membran mit Druckluft und Vakuum sowie einen Drucksensor im Antriebsstrang. Hierbei trennt die Membran das fließfähige Medium von dem Antriebsstrang. Gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren wird anhand von detektierbaren Druckänderungen im Antriebsstrang der Membranpumpe eine an die Fließeigenschaften des fließfähigen Mediums angepasste Ansteuerung der Membranpumpe eingestellt. Zusätzlich oder alternativ können anhand der detektierbaren Druckänderungen im Antriebsstrang Rückschlüsse auf die Fließeigenschaften des fließfähigen Mediums und damit beispielsweise auf die Viskosität des fließfähigen Mediums gezogen werden. Aus diesen Informationen lassen sich gegebenenfalls auch Rückschlüsse auf die Art oder Natur des fließfähigen Mediums ziehen.
  • Die Funktionsweise einer pneumatischen Membranpumpe basiert allgemein auf der Auslenkung einer elastischen Membran, die beispielsweise auf der Basis von Polymeren gebildet sein kann. Die Membran stellt dabei eine Begrenzung der Pumpkammer dar, wobei eine konvexe Auslenkung der Membran zu einer Vergrößerung des Pumpkammervolumens führt. Durch diese Vergrößerung des Pumpkammervolumens wird ein Unterdruck in der Pumpkammer verursacht, der eine Füllung der Pumpkammer mit dem zu transportierenden Medium über einen entsprechenden Zugang zur Pumpkammer bewirkt wird (Ansaugphase). Eine anschließende konkave Auslenkung der elastischen Membran führt zu einer Verkleinerung des Pumpkammervolumens, wodurch das zu transportierende Medium aus der Pumpkammer über einen entsprechenden Auslass ausgetrieben wird (Pumpphase). Die entsprechenden Ströme des Mediums werden dabei in der Regel über schaltbare Ventile und/oder Rückschlagventile in dem Einlass und dem Auslass der Pumpkammer realisiert. Bei pneumatischen Membranpumpen wird die konvexe und konkave Auslenkung der Membran über eine Beaufschlagung mit Vakuum (konvexe Auslenkung) und eine Beaufschlagung mit Druckluft (konkave Auslenkung) bewirkt. Hierfür ist ein Antriebsstrang auf der von dem zu transportierenden Medium abgewandten Seite der Membran vorgesehen. Durch beispielsweise ein Ventil im Antriebsstrang kann zwischen einer Druckluftzufuhr und einer Vakuumzufuhr hin und her geschaltet werden, um so die Membran entsprechend zu bewegen und den Transport des Mediums zu bewirken. Im Druckluftstrang kann sich ein Druckluftspeicher befinden, der auf einen vorgebbaren Arbeitsdruck eingestellt werden kann, wobei ein zugeordnetes Drosselventil das Füllen des Druckluftspeichers verlangsamen kann. Im Allgemeinen ist der Arbeitsdruck höher einzustellen als der Druck innerhalb des zu transportierenden Mediums, damit die Bewegung des Mediums bewirkt werden kann. Mittels eines Drucksensors im Antriebsstrang kann die Druckentwicklung während des Vorgangs verfolgt werden. Der Drucksensor kann sich insbesondere in der Pumpkammer auf der von dem Medium abgewandten Seite der Membran im Bereich zwischen der Membran und einer Schaltstelle (z. B. einem Ventil) zur Schaltung zwischen Druckluft und Vakuum befinden.
  • Je nach den Fließeigenschaften und insbesondere je nach der Viskosität des zu transportierenden Mediums reagiert das zu transportierende Medium anders während der Pumpphase. Insbesondere benötigen hoch viskose Medien einen längeren Zeitraum, um aus der Pumpkammer über den Auslass der Pumpkammer ausgedrückt zu werden. Es dauert also bei hoch viskosen Medien länger als bei weniger viskosen Medien, bis sich die Membran in ihrer maximal konkaven Position stabilisiert.
  • Mit dem vorgeschlagenen Verfahren kann insbesondere ein mit einer Viskosität des fließfähigen Mediums zusammenhängender Messwert generiert werden. Weiterhin kann die mit der Viskosität zusammenhängende Reaktion des fließfähigen Mediums bei der aktuellen Aktuierungsfrequenz der Membranpumpe erfasst und die Ansteuerung der Membranpumpe gegebenenfalls optimiert und an das jeweilige Medium angepasst werden. Dies stellt einen besonderen Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens dar, da bei unbekannten Medien, deren Viskosität nicht bekannt ist, beispielsweise die Pumpfrequenz (Aktuierungsfrequenz) der Membranpumpe ohne eine zusätzliche, externe Viskositätsmessung des Mediums korrekt beziehungsweise optimal eingestellt werden kann.
  • Das vorgeschlagene Verfahren erfasst die Fließeigenschaften und damit die Viskosität des Mediums gewissermaßen indirekt, indem Druckänderungen im Antriebsstrang während des Antriebs des fließfähigen Mediums detektiert und ausgewertet werden. Durch diese Messung der Druckänderungen im Antriebsstrang der pneumatischen Membranpumpe kann die Membranpumpe im laufenden Betrieb auf verschiedene Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Fließeigenschaften eingestellt werden. Dies ist ein ganz besonderer Vorteil bei Applikationen, in denen unterschiedliche Flüssigkeiten durch die Membranpumpe bewegt werden, beispielsweise bei mikrofluidischen Applikationen beispielsweise in der medizinischen Diagnostik, bei denen unterschiedliche Puffer, Reagenzien und Reaktionsansätze beispielsweise in einem Lab-on-a-Chip prozessiert werden. Hierbei werden externe Messungen der Fließeigenschaften und insbesondere der Viskosität überflüssig. Zudem entfällt eine Umrechnung von einer Viskosität auf eine zulässige beziehungsweise optimale Pumpfrequenz, da das vorgeschlagene Verfahren die Fließeigenschaften indirekt durch deren Reaktion während des Betriebs der Membranpumpe erfasst.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens werden die im Zuge des Verfahrens zu detektierenden Druckänderungen bei einer Beaufschlagung der Membranpumpe mit Druckluft erfasst, also innerhalb der Pumpphase. Während dieser Pumpphase beginnt die Pumpkammer sich zu leeren. In Folge dieser Entleerung vergrößert sich das Volumen auf der Antriebsstrangseite, sodass sich auf dieser Seite ein Absinken des Drucks einstellt. Mit besonderem Vorteil wird während dieser Phase für die Zwecke des vorgeschlagenen Verfahrens der Druckstrang im Antriebsstrang abgesperrt, sodass diese Druckentwicklung besonders deutlich detektierbar ist. Hierfür können beispielsweise das gegebenenfalls vorgesehene Drosselventil, das dem Druckspeicher zugeordnet ist, geschlossen oder derart eingestellt werden, dass sich das Druckreservoir langsamer wieder füllt als sich die Membran während der Pumpphase bewegt.
  • Anhand der detektierbaren Druckänderungen im Antriebsstrang der Membranpumpe kann eine an die Fließeigenschaften des fließfähigen Mediums angepasste Ansteuerung der Membranpumpe eingestellt. Insbesondere kann hierbei eine angepasste Aktuierungsfrequenz der Membranpumpe eingestellt werden. Vorzugsweise ist daher die angepasste Ansteuerung der Membranpumpe eine angepasste Aktuierungsfrequenz f der Membranpumpe, die üblicherweise in Hertz (Hz) angegeben wird.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens wird der Zeitraum erfasst, den die Membran während der Pumpphase für ihre Stabilisierung benötigt. Vorzugsweise wird daher der Zeitraum tvisc erfasst, wobei tvisc denjenigen Zeitraum repräsentiert, innerhalb dessen der Druck im Antriebsstrang in Folge der Entleerung der Pumpkammer abfällt. Dieser als tvisc bezeichnete Zeitraum stellt eine Messgröße dar, die die fluidischen Eigenschaften oder Fließeigenschaften des zu transportierenden Mediums repräsentiert. Umso weniger fließfähig das Medium ist, beispielsweise infolge einer höheren Viskosität des Mediums, umso größer ist tvisc. Neben der Viskosität des Mediums können auch andere Faktoren die Fließfähigkeit beeinflussen, beispielsweise der Einschluss von Gasblasen. Insofern kann beispielsweise auch der Einschluss von Gasblasen in dem fließfähigen Medium, sofern es eine Flüssigkeit ist, mit dem vorgeschlagenen Verfahren erkannt werden. Im Allgemeinen sind Gasblasen leichter komprimierbar als die Flüssigkeit. Daher vergrößert der Einschluss von Gasblasen die Kompressibilität der Flüssigkeit, sodass in diesem Fall die Membran der Membranpumpe die konkave Endlage schneller erreicht als ohne Gasblaseneinschlüsse. Die Viskosität wäre gewissermaßen kleiner und somit auch tvisc kleiner als ohne Gasblaseneinschlüsse.
  • Die Größe tvisc als zeitlicher Abstand zwischen dem Anlegen des Arbeitsdruckes, also der Beaufschlagung mit Druckluft (Beginn der Pumpphase) und dem Ende des damit einhergehenden Druckabfalls beziehungsweise der Stabilisierung des Druckverlaufs detektiert indirekt die Bewegung der Membran. Über den Wert tvisc lässt sich damit die Aktuierungsfrequenz f optimal einstellen. Mit einer optimalen Einstellung ist hierbei gemeint, dass die Pumpkammer bei der eingestellten Aktuierungsfrequenz so gut wie möglich entleert wird. In besonders bevorzugter Weise wird die Aktuierungsfrequenz f [Hz] eingestellt mit f < 1/tvisc..
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens wird das Verfahren in mikrofluidischen Anwendungen eingesetzt. Insbesondere bei mikrofluidischen Anwendungen können die Vorteile des vorgeschlagenen Verfahrens besonders zum Tragen kommen. Insbesondere kann dabei mithilfe des vorgeschlagenen Verfahrens für verschiedene Flüssigkeiten jeweils eine optimale Pumpenfrequenz beziehungsweise Aktuierungsfrequenz der Membranpumpe eingestellt werden, ohne dass weitere Messungen, beispielsweise Viskositätsmessungen, der Medien erforderlich wären. So kann das Verfahren beispielsweise für Lab-on-a-Chip-Anwendungen, wie sie beispielsweise für analytische oder sensorische Zwecke eingesetzt werden, beispielsweise in der Bioanalytik für medizinische Anwendungen, mit Vorteil eingesetzt werden. Ein solcher Lab-on-a-Chip kann beispielsweise auf einem Polycarbonatsubstrat basieren, welches durch spanende Bearbeitung oder Spritzgusstechnik oder Ätztechniken mit verschiedenen Kanäle und Kompartimenten zur Prozessierung verschiedener Proben eingerichtet ist. Insbesondere für solche Vorrichtungen eignen sich pneumatische Membranpumpen zum Antrieb des Transports von Flüssigkeiten besonders, da sie in platzsparender Weise in den Lab-on-a-Chip integriert werden können. Während der Prozessierung von Proben in derartigen Vorrichtungen tritt oftmals der Fall auf, dass unterschiedliche Flüssigkeiten innerhalb der mikrofluidischen Anordnung zu transportieren sind. Wenn sich diese Flüssigkeiten in ihren Fließeigenschaften unterscheiden, ist es bei einem herkömmlichen Betrieb schwierig, die pneumatische Membranpumpe optimal anzusteuern, da die verschiedenen Flüssigkeiten unterschiedlich reagieren. Mithilfe des vorgeschlagenen Verfahrens kann die Aktuierungsfrequenz der Membranpumpe jeweils für die aktuell zu transportierende Flüssigkeit optimal eingestellt werden, ohne dass vorher eine separate Analyse der Fließeigenschaften des jeweiligen Mediums notwendig wäre.
  • Die Erfindung umfasst ferner eine pneumatische Membranpumpe zum Antreiben eines fließfähigen Mediums, die zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens eingerichtet ist. Insbesondere ist die Membranpumpe mit einem entsprechenden Steuerprogramm ausgestattet, dass die angepasst Ansteuerung der Membranpumpe auf der Basis des Messwerts tvisc erlaubt. Die Membranpumpe umfasst eine Pumpkammer mit einer auslenkbaren Membran und einen Antriebsstrang zur schaltbaren Beaufschlagung der Membran mit Druckluft und Vakuum. Hierbei trennt die Membran das fließfähige Medium von dem Antriebsstrang. Weiterhin ist ein Drucksensor im Antriebsstrang vorgesehen, wobei sich der Drucksensor beispielsweise in der Pumpkammer auf der Seite der Membran befindet, die dem zu transportierenden Medium abgewandt ist. Bezüglich weiterer Ausgestaltungen der pneumatischen Membranpumpe wird auf die obige Beschreibung verwiesen.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Hierbei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich oder in Kombination miteinander verwirklicht sein.
  • In den Zeichnungen zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung von einigen Komponenten einer pneumatischen Membranpumpe und
    • 2 Diagramm zum Druckverlauf in dem Antriebsstrang einer pneumatischen Membranpumpe zur Illustrierung des vorgeschlagenen Verfahrens.
  • Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • 1 zeigt verschiedene Komponenten einer pneumatischen Membranpumpe 10, die für die Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens geeignet ist. Die Membranpumpe weist einen Einlass 11 und einen Auslass 12 auf und ist damit in ein Kanalsystem, insbesondere ein hier nicht näher dargestelltes mikrofluidisches Kanalsystem, eingebunden. Die Membranpumpe 10 umfasst eine Pumpkammer 13, innerhalb derer eine auslenkbare Membran 14 angeordnet ist. Dem Einlass 11 ist ein erstes Ventil 15 und dem Auslass 12 ein zweites Ventil 16 zugeordnet, mit denen der Fluss des Mediums (schraffiert) in die Pumpkammer 13 hinein und aus der Pumpkammer 13 hinaus geschaltet werden kann. Durch eine entsprechende Schaltung der Ventile 15, 16 kann die Bewegungsrichtung des gepumpten Mediums vorgegeben werden. Der fluidische Teil der Membranpumpe 10, in dem sich das Medium befindet, ist durch die Membran 14 von einem pneumatischen Antriebsstrang der Membranpumpe 10 getrennt. Der Antriebsstrang unterteilt sich in einen Druckstrang 20 und einen Vakuumstrang 30. Über den Druckstrang 20 kann die Pumpkammer 13 mit Druckluft 21 oder über den Vakuumstrang 30 mit Vakuum 31 beaufschlagt werden. Mittels eines Ventils 40 kann zwischen den Strängen 20 und 30 hin und her geschaltet werden. Im Bereich oberhalb des Ventils 40 ist ein Drucksensor 50 in der Pumpkammer 13 auf der von dem Medium abgewandten Seite der Membran 14 im pneumatischen Teil der Membranpumpe vorgesehen.
  • Im Druckluftstrang 20 befindet sich ein Druckluftspeicher 22, der auf einen vorgebbaren Arbeitsdruck p eingestellt werden kann. Über ein Drosselventil 23 zwischen dem Druckluftspeicher 22 und der Druckluftquelle 21 kann das Füllen des Druckluftspeichers 22 verlangsamt werden. Zweckmäßigerweise wird der Arbeitsdruck p höher als der Druck innerhalb des zu transportierenden Mediums eingestellt.
  • Die Funktionsweise der Membranpumpe 10 gliedert sich in eine Ansaugphase und eine Pumpphase. Zum Ansaugen des Mediums in die Pumpkammer 13 wird durch Schaltung des Ventils 40 zunächst ein Vakuum 31 angelegt. Hierdurch wird die Membran 14 konvex ausgelenkt, wobei sich in der Pumpkammer 13 auf der fluidischen Seite ein Unterdruck einstellt. Bei geöffnetem Ventil 15 und geschlossenem Ventil 16 wird hierdurch das Medium in die Pumpkammer 13 eingesaugt. Das Volumen der Pumpkammer 13 ist durch die maximal mögliche Auslenkung der Membran 14 begrenzt, wobei die maximal mögliche konvexe Auslenkung der Membran 14 in der Ansaugphase dieses feste Pumpkammervolumen bestimmt. In der anschließenden Pumpphase wird durch Umschaltung des Ventils 40 die Pumpkammer 13 mit Druckluft 21 beaufschlagt. Hierdurch wird eine konkave Auslenkung der Membran 14 verursacht, die das Medium aus der Pumpkammer 13 verdrängt. Bei geöffnetem Ventil 16 am Auslass 12 und geschlossenem Ventil 15 am Einlass 11 wird dadurch das Medium in Richtung Auslass 12 transportiert. Die Ventile 15 und 16 können aktiv entsprechend geschaltet werden, sodass durch die Schaltung der Ventile 15 und 16 die Bewegungsrichtung des Mediums vorgegeben wird. In anderen Ausgestaltungen kann es auch vorgesehen sein, dass die Ventile 15 und 16 als entsprechend angeordnete Rückschlagventile ausgestaltet sind, wobei sich eines bei einem angelegten Vakuum öffnet und das andere schließt und bei einem Überdruck durch Beaufschlagung mit Druckluft sich das jeweils andere öffnet beziehungsweise schließt.
  • Für die Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens werden die resultierenden Druckänderungen, die am Drucksensor 50 erfassbar sind, insbesondere während der Pumpphase erfasst und ausgewertet. Anhand dieser Druckänderungen, die charakteristisch für das jeweilige Medium sind, können zum einen Rückschlüsse auf die Fließeigenschaften des jeweiligen Mediums gezogen werden. Zum anderen kann eine an das jeweilige Medium angepasste Ansteuerung, insbesondere eine angepasste Aktuierungsfrequenz f, der Membranpumpe 10 eingestellt werden.
  • 2 illustriert den Druckverlauf während der Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens. Das auf der Y-Achse angezeigte v deutet das angelegte Vakuum während der zunächst durchgeführten Ansaugphase an. Am Umschaltzeitpunkt tumschalt wird das Ventil 40 umgeschaltet, sodass nun Druck an die Membran 14 gelegt wird. Der dargestellte Druckverlauf steigt zu dem Zeitpunkt tumschalt sprunghaft an, wobei eine Differenz zum Arbeitsdruck p, der auf der Y-Achse als p angedeutet ist, besteht. Diese Differenz zu dem Arbeitsdruck p rührt daher, dass zusätzlich zum Druckluftspeichervolumen mit Arbeitsdruck p nun das Pumpkammervolumen hinzukommt, der Gesamtdruck also leicht durch die Volumenvergrößerung sinkt. Das geschieht schon bevor die Membran 14 sich überhaupt bewegt.. Durch den an der Membran 14 bewirkten Druck beginnt die Pumpkammer 13 sich zu leeren und das Medium wird bei entsprechender Schaltung der Ventile 15, 16 aus der Pumpkammer 13 heraus in den Auslass der Membranpumpe 10 gedrückt. Währenddessen ist am Drucksensor 50 ein abfallender Druckverlauf zu detektieren, der sich im Druckstrang 20 infolge des sich vergrößernden Volumens unterhalb der Membran 14 (pneumatische Seite) durch die zunehmend konkave Auslenkung der Membran 14 einstellt. Zweckmäßigerweise ist währenddessen das Drosselventil 23 entweder geschlossen oder derart eingestellt, dass sich der Druckluftspeicher 22 langsamer wieder füllt als sich die Membran 14 bewegt. Für jede unterschiedliche Fließfähigkeit und insbesondere für jede unterschiedliche Viskosität des zu transportierenden Mediums ergibt sich eine unterschiedliche Druckabfallkurve. Hier sind beispielhaft eine erste Kurve visc1 und eine zweite Kurve visc2 dargestellt. Visc1 repräsentiert hierbei ein Medium mit einer höheren Viskosität, welches länger benötigt, um aus der Pumpkammer 13 rausgedrückt zu werden, sodass die Membran 14 später ihrer maximal ausgelenkte konkave Position erreicht und sich die Membran also weniger schnell stabilisiert als bei dem Druckverlauf visc2, der ein Medium mit niedrigerer Viskosität repräsentiert. Der zeitliche Abstand tvisc1 beziehungsweise tvisc2 zwischen dem Anlegen des Arbeitsdrucks p und der Stabilisierung des Druckverlaufs gibt damit Aufschluss über die Bewegung der Membran 14 in Richtung ihrer maximalen konkaven Auslenkung, die gewissermaßen durch den Widerstand des zu transportierenden Mediums während des Ausdrückens aus der Pumpkammer 13 bestimmt wird. Umso schneller sich das jeweilige Medium aus der Pumpkammer 13 herausdrücken lässt, umso größer kann die gewählte Aktuierungsfrequenz f der Membranpumpe 10 eingestellt werden. Bei höher viskosen Medien wird ein längerer Zeitraum benötigt, bis das Medium aus der Pumpenkammer 13 herausgedrückt ist. Hier sollte eine niedrigere Aktuierungsfrequenz f gewählt werden. Durch Generierung des Wertes tvisc, der Rückschluss auf dieses Verhalten des jeweiligen Mediums gibt, kann damit die optimale Aktuierungsfrequenz f eingestellt werden. Vorzugsweise wird die Aktuierungsfrequenz gemäß folgender Formel bestimmt: f < 1/fvisc.
  • In anderen Ausführungsformen kann das vorgeschlagene Verfahren genutzt werden, um Rückschlüsse auf Fließeigenschaften des jeweiligen Mediums und damit auf die Art/Natur des jeweiligen Mediums zu ziehen. Insbesondere können mit dem vorgeschlagenen Verfahren durch Auswertung der charakteristischen Größe tvisc Medien mit unterschiedlicher Viskosität voneinander unterschieden werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102008033151 A1 [0004]

Claims (7)

  1. Verfahren zum Betreiben einer pneumatischen Membranpumpe (10) zum Antreiben eines fließfähigen Mediums, wobei die Membranpumpe (10) - eine Pumpkammer (13) mit einer auslenkbaren Membran (14), - einen Antriebsstrang zur schaltbaren Beaufschlagung der Membran (14) mit Druckluft (21) und Vakuum (31), und - einen Drucksensor (50) im Antriebsstrang umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass anhand von detektierbaren Druckänderungen im Antriebsstrang der Membranpumpe (10) eine an die Fließeigenschaften des fließfähigen Mediums angepasste Ansteuerung der Membranpumpe (10) eingestellt wird und/oder Rückschlüsse auf die Fließeigenschaften des fließfähigen Mediums gezogen werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckänderungen bei Beaufschlagung der Membranpumpe (10) mit Druckluft (21) erfasst werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die angepasste Ansteuerung der Membranpumpe (10) eine angepasste Aktuierungsfrequenz f der Membranpumpe ist.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zeitraum tvisc erfasst wird, wobei tvisc den Zeitraum repräsentiert, innerhalb dessen der Druck im Antriebsstrang infolge einer Entleerung der Pumpkammer (13) abfällt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als angepasste Steuerung eine angepasste Aktuierungsfrequenz f der Membranpumpe (10) mit f < l/tvisc eingestellt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in mikrofluidischen Anwendungen eingesetzt wird.
  7. Pneumatische Membranpumpe (10) zum Antreiben eines fließfähigen Mediums, wobei die Membranpumpe (10) - eine Pumpkammer (13) mit einer auslenkbaren Membran (14), - einen Antriebsstrang zur schaltbaren Beaufschlagung der Membran (14) mit Druckluft (21) und Vakuum (31), und - einen Drucksensor (50) im Antriebsstrang umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranpumpe zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 eingerichtet ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE10216146A1 (de) * 2002-04-12 2003-10-30 Bayer Ag Membranpumpe
DE102008033151A1 (de) 2008-07-15 2010-01-21 Siemens Aktiengesellschaft Membranpumpe und Verfahren zu deren Betrieb

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